211service.com
Hur man omvandlar element med laserljus
Varje år utför läkare runt om i världen tiotals miljoner ingrepp som involverar nuklearmedicin. Den vanligaste medicinska radioisotopen är teknetium-99 som används i cirka 30 miljoner ingrepp per år; det är 80 procent av totalen.
Technetium-99 är kortlivad med en halveringstid på endast 6 timmar. Så sjukhus får det från sönderfallet av den långlivade molybden-99. Detta måste i sin tur göras genom att bombardera uran-235 med neutroner och separera mo-99 från de många fissionsprodukterna.
Detta är ett svårt och farligt förfarande som bara är möjligt i en handfull kärnkraftsanläggningar runt om i världen. Det gör utbudet av dessa viktiga läkemedel enormt dyrt och extremt ömtåligt.
Faktum är att när kärnreaktorn Chalk River i Ontario, Kanada, stängdes av för nödreparationer 2009, visade det sig att den producerade en stor del av världens technetium-99-tillförsel. Resultatet blev en global brist som varade i månader. Det behövs helt klart nya leverantörer.
Idag säger Hiroyasu Ejiri vid Osaka University och S. Daté vid Japan Synchrotron Radiation Research Institute att det finns ett helt nytt sätt att göra nuklearmedicin.
Tanken är att stimulera kärnreaktioner med hjälp av kraftfulla laserstrålar. Vid en specifik frekvens får dessa strålar en kärna att resonera våldsamt, vilket utlöser kärnreaktionen och effektivt skakar isär den. Och eftersom nästan alla fotoner utlöser en reaktion kan denna process vara nära 100 procent effektiv.
Så till exempel säger Ejiri och Daté att denna metod omvandlar jod-127 till den medicinska isotopen jod -126 med ett överflöd av 100 procent. Och den kan göra det med en hastighet av upp till 10^13 kärnor per sekund.
Detta har stora fördelar jämfört med nuvarande tekniker. För det första är det möjligt att ställa in ljusets frekvens så att det utlöser specifika reaktioner, vilket gör att fysiker kan välja exakt vad de vill göra. För det andra är de resulterande proverna relativt rena. Och slutligen skapar denna teknik få, om några, otäcka radioaktiva biprodukter och är därför mer miljövänlig.
Det finns ett par varningar, naturligtvis: att göra rätt sorts laserljus är knepigt. Det kan bara göras genom att studsa fotoner från en högenergistråle av elektroner som cirkulerar i en partikelaccelerator. Och den erforderliga intensiteten för en sådan elektronstråle skulle bara vara möjlig med en dyr, skräddarsydd, ännu inte byggd anläggning.
Och även om fotonukleära reaktioner är bra för att göra alla typer av medicinska isotoper – till exempel PET-spårämnen som kol-11, kväve-13, oxygen-15 och så vidare – är de inte så bra för att göra teknetium-99, överlägset den viktigaste radioisotopen. I det här fallet är överflödet mindre än 10 procent.
Ändå hävdar Ejiri och Daté att deras metod uteslutande tillhandahåller olika typer av specifika/önskade isotoper med den höga produktionshastigheten och den höga densiteten för grundläggande och tillämpad vetenskap.
Och med utbudet av medicinska radioisotoper så bräckligt, verkar det troligt att idéer som denna kommer att övervägas större under de kommande åren.
Ref: arxiv.org/abs/1102.4451 : Koherenta fotonukleära reaktioner för isotoptransmutation